變頻調(diào)速系統(tǒng)綜合設(shè)計

1、目 錄第一章 設(shè)計摘要2第二章 變頻調(diào)速控制系統(tǒng)概述22.1硬件部分22.1.1操作臺部分22.1.2控制柜部分32.1.3 交流電動機(jī)72.1.4元器件的作用82.1.5變頻調(diào)速控制系統(tǒng)原理圖82.1.6轉(zhuǎn)電機(jī)操作92.1.7保護(hù)功能92.2軟件部分102.2.1 Drive Monitor_V5.3軟件的應(yīng)用102.2.2 STEP7-Micro/WIN 4.0 軟件簡介102.2.3安全說明和警告10第三章 實驗部分113.1實驗內(nèi)容113.1.1操作說明123.1.2編程和調(diào)試如下143.1.3相關(guān)實驗與分析153.2設(shè)計體會163.3設(shè)計總結(jié)163.4設(shè)計圖紙173.4.1變頻調(diào)速系

2、統(tǒng)控制柜原理圖(a)173.4.2變頻調(diào)速系統(tǒng)控制柜原理圖(b)183.4.3變頻調(diào)速系統(tǒng)控制柜原理圖(c)193.4.4變頻調(diào)速系統(tǒng)控制柜原理圖(d)203.4.5操作臺電控系統(tǒng)原理圖21第四章 參考文獻(xiàn)22第一章 設(shè)計摘要本次綜合設(shè)計的內(nèi)容是對于西門子MM430、PLC-200、交流電動機(jī)為核心所組成的變頻調(diào)速系統(tǒng)的綜合設(shè)計，主要包括對于整個變頻調(diào)速系統(tǒng)的組成、工作原理、參數(shù)設(shè)置以及實際操作。首先，在老師的講解下，我們大體了解了整個系統(tǒng)的組成及控制柜端子接線方式，在查閱了相關(guān)資料后又對于整個系統(tǒng)的工作原理有了進(jìn)一步的了解。其次，對于系統(tǒng)熟悉之后，我們開始對它進(jìn)行了動手操作，包括啟動、停止、

3、正反轉(zhuǎn)以及用軟件（DriveMoniter）對交流變頻器進(jìn)行設(shè)置參數(shù)，利用PLC編程實現(xiàn)對變頻器的控制，并繪制了機(jī)械特性曲線。最后，按照使用說明書，用變頻器上的操作面板對變頻器進(jìn)行參數(shù)更改。關(guān)鍵詞：變頻器、PLC、控制系統(tǒng)、編程。第二章 變頻調(diào)速控制系統(tǒng)概述2.1硬件部分MM430 控制系統(tǒng)由控制柜、操作臺(操作臺右側(cè)擺放臺式電腦)、交流電動機(jī)三部分組成。原理圖如下： 2.1.1操作臺部分操作臺是系統(tǒng)日常的操作界面，包括用于控制交流調(diào)速的各種指令開關(guān)、按鈕和指示燈，以及連接到PLC各輸入輸出模塊的大量開關(guān)、旋鈕、表計和測試插孔。臺子上裝有各種指示燈、按鈕、電壓表，電流表，頻率顯示儀表等，便于學(xué)

4、員觀察和記錄。 操作臺的右側(cè)提供了一塊額外的空間，用來擺放一套臺式計算機(jī)。計算機(jī)內(nèi)安裝MM430變頻器調(diào)試軟件S7200PLC組態(tài)編程軟件 。該電腦承擔(dān)傳動系統(tǒng)的調(diào)試、設(shè)置與監(jiān)控工作，也可用作對PLC進(jìn)行編程的編程器。2.1.2控制柜部分柜內(nèi)裝有空氣開關(guān)、交流接觸器、快速熔斷器、三相進(jìn)線電抗器、MM430變頻器、出線電抗器、S7200PLC等主器件，柜門裝有運(yùn)行指示燈、顯示儀表等 。（見上圖）2.1.2.1交流變頻MM430部分 MM430變頻器簡介：MM430為水泵和風(fēng)機(jī)的專用型變頻器，功率為7.5kw250kw，三相交流電源（380v480v），內(nèi)置PID控制器，具有6個數(shù)字輸入，2個模擬

5、輸入，1個用于電動機(jī)過熱保護(hù)的PTC/KTV輸入；2個模擬輸出，3個繼電器輸出，是 S7-200、S7-300自動化系統(tǒng)的理想配套設(shè)備；從7.5kw至250kw的變頻器都具有統(tǒng)一的控制方法和I/O界面，采用統(tǒng)一的MM430控制器及其選件。主要特點 ：調(diào)試簡單、便捷模塊化結(jié)構(gòu)，組態(tài)特別靈活具有6個可編程的帶電位隔離的數(shù)字輸入2個模擬輸入（010v,020mA）它們也可以作為7/8個數(shù)字輸入使用2個可編程的模擬輸出（020mA）3個可編程的繼電器輸出由于采用較高的脈沖開關(guān)頻率，電動機(jī)運(yùn)行的噪聲很小完善的電動機(jī)和變頻器保護(hù)功能基于PID控制器對三個附加傳動裝制的控制（電動機(jī)分級控制多機(jī)循環(huán)）傳動裝置

6、可以直接在電網(wǎng)上運(yùn)行（帶有外接的旁路開關(guān)電路）節(jié)能運(yùn)行方式應(yīng)用于水泵的驅(qū)動時，可以識別水泵是否無水空轉(zhuǎn)（轉(zhuǎn)動皮帶故障檢測功能）2.1.2.2交流變頻MM430安全問題出于對系統(tǒng)安全性、可靠性的考慮，裝置出廠時被定義為：交流變頻調(diào)速子系統(tǒng)為速度開環(huán)控制，運(yùn)行時需與PLC配合進(jìn)行部分開關(guān)聯(lián)鎖，通過操作臺的“合閘”和“分閘”按鈕對主回路的交流接觸器進(jìn)行操作，通過操作臺的“啟動”和“停止”按鈕控制變頻器的起停，通過操作臺的“速度給定”旋鈕控制變頻器的速度給定，通過操作臺的“正/反轉(zhuǎn)”旋鈕控制變頻器的旋轉(zhuǎn)方向，操作臺控制柜分別設(shè)有“合閘”及“運(yùn)行”指示燈顯示，操作臺上方設(shè)有“交流電機(jī)電流”和“交流電機(jī)轉(zhuǎn)

7、速”模擬表顯示，操作臺設(shè)有“系統(tǒng)急停”和“故障”顯示燈。合閘操作：合斷路器Q0，此為系統(tǒng)總隔離開關(guān)；合斷路器Q3為上位機(jī)電源；合斷路器Q2為PLC部分和開關(guān)電源供電；控制柜電源指示燈亮合斷路器Q1，為MM430變頻器的主回路供電；按下操作臺的“合閘”按鈕合主回路接觸器，此時紅色“合閘”指示燈應(yīng)點亮。轉(zhuǎn)電機(jī)操作：通過操作臺的“速度給定”旋鈕控制變頻器的速度給定；按下操作臺的“啟動”按鈕使變頻器運(yùn)行，此時綠色“運(yùn)行”指示燈應(yīng)點亮，電機(jī)開始按一定的斜坡旋轉(zhuǎn)升速至給定速度并穩(wěn)定運(yùn)行；通過操作臺上方的“電機(jī)電流”和“電機(jī)轉(zhuǎn)速”模擬表觀察電機(jī)電流和電機(jī)轉(zhuǎn)速的變化情況，也可通過PC上的DriveMonito

8、r軟件觀察到各種詳細(xì)的運(yùn)行信息；按下操作臺的“停止”按鈕使變頻器停機(jī)，電機(jī)開始按一定的斜坡降速直至停止，此時綠色“運(yùn)行”指示燈應(yīng)熄滅。制動器使用方法：磁粉制動器是根據(jù)電磁原理和利用磁粉傳遞轉(zhuǎn)矩的它具有激磁電流和傳遞轉(zhuǎn)矩基本成線形關(guān)系，具有響應(yīng)速度快，結(jié)構(gòu)簡單等優(yōu)點，是一種多用途，性能優(yōu)越的自動控制元件。CZ-20磁粉制動器，額定轉(zhuǎn)矩200N.m,額定激磁電流2.5A,雙水內(nèi)冷。激磁電流0.5A時輸出轉(zhuǎn)矩50 N.m左右，為電機(jī)滿載。注：嚴(yán)禁高速測試；中低速測試時間不宜過長；（二小時左右，時刻注意制動器溫度）出現(xiàn)意外或故障時的操作：當(dāng)交流傳動發(fā)生意外時，應(yīng)停止正在運(yùn)行的變頻器，正確的停車規(guī)程是：

9、使用“停止”按鈕(帶斜坡，僅停變頻器)或“系統(tǒng)急?！卑粹o(零斜坡，全部傳動停車)使電機(jī)停止運(yùn)轉(zhuǎn)，待電機(jī)靜止后，根據(jù)需要可斷開全部斷路器；變頻器內(nèi)部集成有多種故障檢測與保護(hù)，在大多數(shù)情況下，當(dāng)交流傳動發(fā)生故障時，變頻器可以檢測到故障并立刻作出響應(yīng)，變頻器封鎖脈沖并自由停車，在狀態(tài)顯示屏SDP上顯示狀態(tài)，此時請根據(jù)故障號處理相應(yīng)的問題，待問題解除后，再運(yùn)行。2.1.2.3 PLC部分S7-200 PLC 簡介:該系統(tǒng)是緊湊型可編程序控制器。系統(tǒng)的硬件構(gòu)架由豐富的CPU模塊和擴(kuò)展模塊組成。它能夠滿足各種設(shè)備的自動化控制需求。S7-200 除具有PLC基本的控制功能外,更在以下方面有獨(dú)到之處: 功能強(qiáng)

10、大的指令集。 豐富強(qiáng)大的通訊功能。 編程軟件的易用性。CPU 226，24點輸入，16點輸出，DC24V，集成了以下豐富的內(nèi)置功能：高速記速器輸入 短暫脈沖捕捉功能 高速脈沖輸出 I/O硬件中斷事件 PID控制，PID自整定功能支持多種工藝配方 數(shù)據(jù)記錄（歸檔） S7-200PLC的編程:實驗為通過操作臺開關(guān)量輸入,輸出,自己編寫簡單數(shù)字量邏輯程序.2.1.2.4 PLC指令合閘指令I(lǐng)0.0分閘指令I(lǐng)0.1啟動指令 I0.2停止指令I(lǐng)0.3急停I0.4合閘反饋I0.5正反轉(zhuǎn)控制I0.6故障I0.7合閘Q0.0運(yùn)行Q0.1柜合閘指示Q0.2臺合閘指示Q0.3正反轉(zhuǎn)Q0.4柜故障指示Q0.5臺故障

11、指示Q0.62.1.2.5PLC編程2.1.3 交流電動機(jī)MM430調(diào)速系統(tǒng)的電機(jī)使用了專用于變頻調(diào)速的進(jìn)口西門子三相異步電動機(jī)，7.5kW，4極380V進(jìn)線。其中二臺電機(jī)安裝有磁粉制動器，用于調(diào)速系統(tǒng)的負(fù)載調(diào)節(jié)。2.1.4元器件的作用 合閘按鈕-主回路的交流接觸器線圈通電分閘按鈕-主回路的交流接觸器線圈斷電啟動按鈕-控制變頻器起動停止按鈕-控制變頻器停止正/反轉(zhuǎn)”旋鈕-控制變頻器的旋轉(zhuǎn)方向“合閘”（紅色）指示燈“運(yùn)行”（綠色）指示燈“故障”（黃色）顯示燈“系統(tǒng)急?！卑粹o：零斜坡，全部傳動停車“速度給定”旋鈕-控制變頻器的速度給定“交流電機(jī)電流”顯示“交流電機(jī)轉(zhuǎn)速”顯示合斷路器Q0，此為系統(tǒng)總

12、隔離開關(guān)；合斷路器Q3為上位機(jī)電源；合斷路器Q2為PLC部分和開關(guān)電源供電；控制柜電源指示燈亮；合斷路器Q1，為MM430變頻器的主回路供電；按下操作臺的“合閘”按鈕合主回路接觸器，此時紅色“合閘”指示燈應(yīng)點亮。2.1.5變頻調(diào)速控制系統(tǒng)原理圖2.1.6轉(zhuǎn)電機(jī)操作通過操作臺的“速度給定”旋鈕控制變頻器的速度給定；按下操作臺的“啟動”按鈕使變頻器運(yùn)行，此時綠色“運(yùn)行”指示燈應(yīng)點亮，電機(jī)開始按一定的斜坡旋轉(zhuǎn)升速至給定速度并穩(wěn)定運(yùn)行；通過操作臺上方的“電機(jī)電流”和“電機(jī)轉(zhuǎn)速”模擬表觀察電機(jī)電流和電機(jī)轉(zhuǎn)速的變化情況，也可通過PC上的DriveMonitor軟件觀察到各種詳細(xì)的運(yùn)行信息；按下操作臺的“停

13、止”按鈕使變頻器停機(jī)，電機(jī)開始按一定的斜坡降速直至停止，此時綠色“運(yùn)行”指示燈應(yīng)熄滅。出現(xiàn)意外或故障時的操作： 當(dāng)交流傳動發(fā)生意外時，應(yīng)停止正在運(yùn)行的變頻器，正確的停車規(guī)程是：使用“停止”按鈕(帶斜坡，僅停變頻器)或“系統(tǒng)急停”按鈕(零斜坡，全部傳動停車)使電機(jī)停止運(yùn)轉(zhuǎn)，待電機(jī)靜止后，根據(jù)需要可斷開全部斷路器；變頻器內(nèi)部集成有多種故障檢測與保護(hù)，在大多數(shù)情況下，當(dāng)交流傳動發(fā)生故障時，變頻器可以檢測到故障并立刻作出響應(yīng)，變頻器封鎖脈沖并自由停車，在狀態(tài)顯示屏SDP上顯示狀態(tài)，此時請根據(jù)故障號處理相應(yīng)的問題，待問題解除后，再運(yùn)行。2.1.7保護(hù)功能過載能力 過電壓/欠電壓保護(hù) 變頻器過溫保護(hù) 電動

14、機(jī)過溫保護(hù) 接地故障保護(hù)電動機(jī)閉鎖保護(hù) 防止電動機(jī)失速 參數(shù)互鎖2.2軟件部分2.2.1 Drive Monitor_V5.3軟件的應(yīng)用DriveMonitor是基于WINDOWS平臺的調(diào)試診斷軟件，用于通過PC對MICROMASTER 4、MASTERDRIVES VC等傳動裝置進(jìn)行調(diào)試、診斷和監(jiān)控。2.2.2 STEP7-Micro/WIN 4.0 軟件簡介STEP7-Micro/WIN用于S7-200系列PLC的程序編輯，支持三種編程模式：梯形圖，功能塊圖，語句表以便于用戶選用；Micro/WIN 4.0還提供程序在線編輯，調(diào)試，監(jiān)控，以及CPU內(nèi)部數(shù)據(jù)的監(jiān)視，修改功能；還支持符號表編輯

15、和符號尋址；還支持子程序，中斷程序的編輯，提供集成庫程序功能，以及用戶定義的庫程序；還集成了TD200向?qū)А?.2.3安全說明和警告為保障人身及設(shè)備的安全，只有合格人員才能操作本裝置，這些合格人員必須具備相關(guān)的專業(yè)知識，接受過有關(guān)本系統(tǒng)的培訓(xùn)并合格，在操作過程中遵守一切有關(guān)的規(guī)程規(guī)定，并應(yīng)采取一切適當(dāng)?shù)谋Ｗo(hù)措施。 系統(tǒng)中包含有大量電子板，電子板中包含有靜電敏感元件。如處理不當(dāng)，這些模塊極易損壞。只有在絕對必要的情況下才能觸摸電子線路板；當(dāng)觸摸線路板時，身體必須事先放電。 設(shè)備通電或運(yùn)行時，各功率端子和控制端子帶有或可能帶有危險的電壓！在這些帶電元件附近工作時須小心。 調(diào)速裝置的中間回路有電容器

16、，在斷電5分鐘內(nèi)仍有危險的電壓！因此在裝置上或中間回路端子上進(jìn)行工作必須等待一定時間后方可。 設(shè)備通電前，使用人員有責(zé)任檢查并確保系統(tǒng)可靠接地，各設(shè)備間的接線可靠連接，各導(dǎo)線的絕緣皮沒有破損，供電電源符合規(guī)范，裝置內(nèi)的各種設(shè)備無故障。 設(shè)備對外開放了大量的自由接口，當(dāng)使用人員連接這些接口完成特殊功能時，應(yīng)遵守相應(yīng)的規(guī)則，否則將有可能造成設(shè)備損毀甚至人身傷害！第三章 實驗部分3.1實驗內(nèi)容斜坡函數(shù)改變實驗:實驗為通過改變變頻器斜坡上升時間，斜坡下降時間，觀察電機(jī)變化。（1）編寫程序編輯變量符號，輸入和編輯程序，編譯。編程計算機(jī)與CPU通訊。下載程序。運(yùn)行和調(diào)試。（2）合閘操作（3）輸入?yún)?shù)a)N

17、ew empty parameter set 新建項目b)選擇 MICROMASTER 430c)左鍵free parameterization 或 System-右鍵-new 新建自由參數(shù)表d)菜單TOOLS - ONLINE SETTINGSe)bus type 選擇USS協(xié)議f)interface 選擇COM所用端口（4）左鍵On line(WRITE EEPROM)（5）設(shè)置參數(shù)3.1.1操作說明操作說明:1恢復(fù)工廠設(shè)置P0010=30/Commissioning parameter參數(shù)設(shè)置P0970=1/Factory reset 恢復(fù)出廠P0003=3 /User access l

18、evel 專家訪問級P0010=1 /Commissioning parameter 快速調(diào)試P0100=0 /Europe / North America 適用于歐洲地區(qū)（50HZ）P0304=380V/Rated motor voltage電動機(jī)額定電壓（380V）P0305=15A/Rated motor current電動機(jī)額定電流（15A）P307=7.5/Rated motor power電動機(jī)額定功率(7.5KW)P310=50HZ/Rated motor frequency電動機(jī)額定頻率(50HZ)P311=1450/Rated motor speed 電動機(jī)額定速度(1470

19、 rpm)P3900=2/End of quick commissioning 結(jié)束快速調(diào)試2快速調(diào)試P3900=2/End of quick commissioning結(jié)束快速調(diào)試3運(yùn)行指令P700=2/Selection of command source選擇命令源（端子(數(shù)字輸入)P701=1 ON/OFF1/Function of digital input 1數(shù)字輸入1 的功能4正反轉(zhuǎn)指令P702=12/Function of digital input 2數(shù)字輸入2 的功能P1110=0：0 /BI:Inhibit neg.freq.setpoint BI：禁止負(fù)向的頻率給定值5故

20、障輸出P732=52.3 /BI: Function of digital output 2 BI：數(shù)字輸出2 的功能6模擬量輸入P756=0/Type of ADCADC 的類型P757=0/Value x1 of ADC scaling V / mAADC 輸入特性定標(biāo)的值x1V/mAP758=0/Value y1 of ADC scaling ADC 輸入特性定標(biāo)的值y1P759=10/Value x2 of ADC scaling V / mAADC 輸入特性定標(biāo)的值x2V/mAP760=100/Value y2 of ADC scalingADC 輸入特性定標(biāo)的值y2P1000=2/

21、Selection of frequency setpoint選擇頻率給定值(模擬給定值1)P1070=755：0/CI: Main setpoint CI：主給定值(模擬輸入1給定值)7模擬量輸出電流輸出P776.0=0/Type of DAC DAC 的型號(當(dāng)前輸出)P0771.0=27/CI: DAC (模擬輸出1)P777.0=0/Value x1 of DAC scalingDAC 輸出特性定標(biāo)的值x1 0.0(模擬輸出1)P778.0=0/Value y1 of DAC scalingDAC 輸出特性定標(biāo)的值y1 0(模擬輸出1)P779.0=100/Value x2 of DA

22、C scalingDAC 輸出特性定標(biāo)的值x2 100.0(模擬輸出1)P780.0=15/Value y2 of DAC scalingDAC 輸出特性定標(biāo)的值y2 20(模擬輸出1)P2002=15 A/Reference current基準(zhǔn)電流轉(zhuǎn)速輸出P776.1=0/Type of DAC DAC 的型號(當(dāng)前輸出)P0771.1=2272/CI: DAC(模擬輸出2)P777.1=0/Value x1 of DAC scalingDAC 輸出特性定標(biāo)的值x1 0.0(模擬輸出2)P778.1=0/Value y1 of DAC scalingDAC 輸出特性定標(biāo)的值y1 0(模擬輸出

23、2) P779.1=100/Value x2 of DAC scalingDAC 輸出特性定標(biāo)的值x2 100.0(模擬輸出2)P780.1=20/Value y2 of DAC scalingDAC 輸出特性定標(biāo)的值y2 20 (模擬輸出2)P2000=50HZ/Reference frequency基準(zhǔn)頻率50.00HZP2800=1/Enable FFBs使能FFB(自由功能塊)P2802.8=1/Activate FFBs激活FFBP2877.0=21/CI: MUL 1CI：MUL(乘)1P2877.1=21/CI: MUL 1 CI：MUL(乘)1P2264=2878/CI: PI

24、D feedbackCI：PID 反饋P2270=1/PID feedback function selector PID反饋的功能選擇器P0771.1=2272/ CI: DAC(模擬輸出1)P2200=0/BI: Enable PID controllerBI：使能PID 調(diào)節(jié)器8常用顯示參數(shù)r0024 實際輸出頻率r0025 實際輸出電壓r0031 實際轉(zhuǎn)矩輸出值r0032 實際功率輸出值r0027 實際電流輸出值r0755 輸入模擬量值r0774 輸出模擬量值9加速減速時間P1120斜波上升時間P1121斜波下降時間3.1.2編程和調(diào)試如下3.1.3相關(guān)實驗與分析 轉(zhuǎn)速r/min數(shù)據(jù)5

25、006007008009001000電流(A)3.033.323.613.994.204.59實際輸出頻率(HZ)17.7820.4323.8027.2230.5934.21實際輸出電壓(V)83101127154183215實際轉(zhuǎn)矩輸出值(NM)3.533.063.393.513.643.60實際功率輸出值(W)0.180.210.250.300.340.41實際電流輸出值(A)3.123.323.633.964.224.53輸入模擬量值58136694779989041002511210輸出模擬量值3.333.553.874.194.494.833.2設(shè)計體會通過這三周的課程設(shè)計，我們在變頻調(diào)速控制系統(tǒng)的設(shè)計中，充分發(fā)揮自己的能力和特長，互相幫助和學(xué)習(xí)，嚴(yán)格按照指導(dǎo)書中的內(nèi)容進(jìn)行設(shè)計和實驗。通過這次的課程設(shè)計我們認(rèn)